靶向調控自噬進行腫瘤治療

自1963年Christian de Duke提出「自噬（autophagy）」概念後，如何通過靶向調控自噬來提高腫瘤患者的預後一直是研究的熱點。2016年，Yoshinori Ohsumi因闡明自噬機制獲得了諾貝爾生理學獎，這使得人們對自噬療法用於腫瘤治療的前景充滿了憧憬。2017年Jean M等在《Nature Review Cancer》上發表的題為《Targeting autophagy in cancer》的綜述中，詳細闡述了自噬及其抑製劑在腫瘤治療中的複雜作用，並回顧了自噬相關的臨床前研究，現簡要介紹如下。

自噬是依賴溶酶體途徑對胞質蛋白和細胞器進行降解的一種過程，該進程與高度保守基因，即自噬相關基因（autophagy- related genes，ATG）密切相關，可細分為5個階段：啟動囊泡形成囊泡延伸囊泡閉合內容物降解。飢餓狀態下，葡萄糖轉運減少促進了mTOR抑製劑的釋放，減輕了mTORC1複合體（由mTOR、mLST8和RAPTOR組成）對ULK1複合體（Unc-51 like autophagy activating kinase 1，也稱ATG1，由ULK1、ULK2、FIP200、ATG101和ATG13組成）的抑制，ULK1複合體被激活，從而啟動自噬。隨後，活化的ULK1複合體激活了磷脂醯肌醇3激酶複合體（phosphatidylinostitol3-kinases, PI3K，由VPS34、ATG14、UVRAG和AMBRA1組成），促進了囊泡的形成。Beclin被視作腫瘤抑制因子，被ULK1磷酸化後成為PI3K複合體支架，促進自噬蛋白依附在囊泡表面。BCL-2、BCL-X可抑制Beclin1-VPS34複合物形成，進而阻止Beclin1與紫外線輻射抵抗相關蛋白（UVRAG, UV radiation resistance- associated gene protein）間的作用，從而抑制Beclin1引起的自噬。相反，自噬相關蛋白AMBRA1（BECN1-regulated autophagy protein 1）可附著在Beclin1上，進而增強PI3K複合物的穩定性，促進自噬的發生。同樣，ATG14、UVRAG和VPS15也可附著於Beclin1，強化Beclin1與VPS34的相互作用，從而促進囊泡的形成。此後，ATG5-ATG12複合體與ATG16結合，促進了囊泡的延伸。在囊泡閉合階段，LC3與GABARAP家族成員可與腦磷脂（PE, lipid phosphatidylethanolamine）結合，進而被招募至細胞膜上。ATG4B、ATG7可與LC3I、PE結合，形成LC3II，此過程受兩個泛素化進程調節：首先，PE與 LC3I結合生成LC3II，隨後融入生長的囊泡膜中，而ATG4B和E1類似酶ATG7可促進該進程；其次，ATG7和ATG10可促進ATG5-ATG12複合物的形成，突觸融合蛋白17（STX17）亦可促進自噬與溶酶體的結合，使得囊泡閉合，形成自噬溶酶體。最終，溶酶體內低pH環境促進了自噬內容物的降解。

綜上，在自噬進程中有多個分子有望成為潛在的治療靶點，可用來促進或抑制自噬。其中，上游治療靶點包括ULK1、VSP34以及Beclin1的抑製劑，PI3K抑製劑（wortmannin和3-MA）；下游治療靶點包括ATG4B抑製劑，以及自噬抑製劑氯喹（CQ）、羥氯喹（HCQ）。

靶向調控自噬在腫瘤治療中的爭議

大量臨床前研究證實，抑制自噬可改善腫瘤患者的預後，且應用自噬抑製劑可增強抗腫瘤藥物的抗瘤效應。CQ和HCQ是現今僅有的可用於臨床的自噬抑製劑。18例接受CQ和抗腫瘤藥物聯合治療的膠質瘤患者，其生存期明顯高於對照組（CQ組33個月，對照組11個月），該結論還被大量的回顧性及後續研究所證實。此外，術前聯用HCQ及抗腫瘤藥物可使胰腺癌病人CA199下降61%。有趣的是，其外周血單核細胞中LC3 II升高51%，這表明，有效的自噬抑制可使患者無進展生存期（15.03 VS. 6.9）和總生存期（34.83 VS. 10.83）延長。有研究也證實，自噬可影響人體免疫應答，因而主張將自噬抑製劑和蛋白酶抑製劑聯合起來開發抗腫瘤疫苗。臨床前研究證實，該疫苗可促進腫瘤細胞過表達短壽命蛋白質（SLiPs）和錯誤摺疊蛋白，即缺陷核糖體（DRiPs），從而觸發抗腫瘤免疫。

當然，也有很多研究顯示，靶向抑制自噬進程來治療腫瘤缺乏相關的科學依據。腫瘤細胞內的自噬可激活免疫系統，產生抗瘤效應，而抑制自噬將降低T細胞的抗瘤活性。Kroemer等的研究發現，自噬可刺激抗原的相互遞呈進而促進抗腫瘤免疫，因而認為，在腫瘤治療中，自噬活動非但不能被抑制、反而應被激活。但是，上述研究主要考察的是具有高免疫原性的CT26小鼠結腸癌細胞，在使用免疫活性較低的B16小鼠黑色素瘤或4T1小鼠乳腺癌細胞後發現，無論自噬是否被抑制，都不影響T細胞的免疫應答。

除了腫瘤細胞外，自噬抑製劑還會影響別的全身細胞，這也是我們應用自噬抑製劑的擔憂之一。研究人員曾將成年小鼠重要的自噬基因Atg7敲除，但最後所有小鼠都因嚴重的神經毒性而死亡。幸運的是，臨床使用的自噬抑製劑並不會產生類似於敲除重要自噬基因那樣嚴重的併發症，因而HCQ或CQ才分別得以長期安全地用於風濕免疫疾病及癌症的治療。更為重要的是，腫瘤細胞對自噬抑製劑的敏感性高於其他細胞。在Atg7敲除的小鼠中，在所有神經毒性跡象出現前，肺癌細胞已經被抑制。這表明，對某些腫瘤而言，採用自噬抑製劑是切實可行的。

自噬依賴性機制與標誌物

在某些腫瘤細胞中，自噬有一定的功能，尤其是在應激狀態如禁食時，其作用更為突出。而在某些腫瘤細胞中，即使在非應激狀態下其功能的維持也需依賴自噬，該現象被稱為自噬依賴性。臨床及臨床前研究均表明，在胰腺腫瘤微環境中，胰腺星狀細胞內的p53、RAS家族、P13K信號通路、JAK-STAT信號通路等均參與了腫瘤自噬依賴性的產生。RAS家族的突變（即KRAS）可增進自噬，促進腫瘤的發生並削弱抗腫瘤藥物的療效，同時在維持腫瘤細胞新陳代謝中也發揮重要作用。例如，胰腺癌患者常伴有KRAS突變，這是胰腺癌產生自噬依賴的重要原因。同時，自噬還可通過IL-6調節JAK-STAT信號通路，這是乳腺癌發生自噬依賴的可能機制。

研究表明，只有自噬依賴性腫瘤才對自噬抑製劑敏感，此時聯用自噬抑製劑可增強抗腫瘤葯的療效，反之可能會降低抗腫瘤藥物的療效。那麼，如何篩查自噬依賴性腫瘤呢？這需要進行大量研究來尋找敏感標誌物。在結腸腫瘤中，JNK1介導了缺氧引發的自噬，因而目前正在考察JNK1作為自噬依賴標誌物的可能性；在一項針對轉移性黑色素瘤的臨床試驗（BAMM試驗，NCT02257424）中，研究人員正在考察自噬抑製劑HCQ治療BRAF-V600E或BRAF-V600K高表達患者的療效；而在另一項研究中，EGFR VIII基因正被用來篩查哪些膠質母細胞瘤患者可在放化療基礎上聯用自噬抑製劑CQ。

自噬與腫瘤逃逸

大量證據顯示，自噬在腫瘤對化療藥物產生耐藥性的過程中扮演重要角色。因ER應激對BRAF抑製劑維羅非尼耐葯的黑色素瘤患者體內自噬水平明顯升高，而採用自噬抑製劑可改善耐藥性。同樣地，伴有BRAF基因突變的腦腫瘤患者對維羅非尼耐葯後，增用自噬抑製劑CQ亦可使耐葯情況明顯改善。尤為重要的是，聯用激酶抑製劑與自噬抑製劑，而非單獨使用自噬抑製劑方能長期控制腫瘤的生長。這表明，抗腫瘤藥物重新起效是由於自噬抑製劑降低了藥物耐藥性，而非出現了新的作用靶點。臨床前研究也顯示，自噬抑製劑可改善膀胱腫瘤、甲狀腺腫瘤等對酪氨酸激酶抑製劑的耐藥性。目前，在處理藥物耐藥性時，人們常習慣更換藥物來抑制同一或另一平行通路，但聯用自噬抑製劑的方法為改善抗腫瘤藥物耐藥性開闢了一條完全不同的新道路。近期的研究還發現，自噬可引發卵巢腫瘤對紫杉醇耐葯，而缺氧引發的自噬也可使肺癌患者對化療產生耐受，因此自噬與化療葯耐受密切相關，可能成為腫瘤治療的新靶點。

總結

在腫瘤環境下，自噬具有競爭性、環境依賴性特徵。任何以偏概全、僅抑制或增強自噬的治療均難以成功。最佳的治療策略應該是儘力避免抗腫瘤治療對自噬活動的干擾。然而，許多治療措施（如作用於mTOR通路）不可避免地會改變自噬行為。同時，許多生理應激，尤其是那些對腫瘤的影響迥異於正常組織的應激，如禁食或缺氧，都會改變自噬活動。對此我們應理性看待，只在有獲益證據的特定情形下採用。因此，判斷哪些腫瘤患者可能從自噬抑制中獲益非常重要。

過去，臨床試驗重點關注CQ及其衍生物對溶酶體的抑制效應。CQ可降低溶酶體的酸性，阻止自噬與溶酶體結合，從而阻止其對底物的降解。CQ還可增強細胞對抗腫瘤藥物的敏感性。目前，更強效的自噬靶向抑製劑正在研發之中，其中包括溶酶體特異性抑製劑（Lys05），以及作用於自噬通路中早期階段的靶向藥物，如ULK1、S34和ATG4B抑製劑。儘管這些化合物的臨床前研究結果令人鼓舞，但仍處於早期研發階段。在正式用於臨床前，還需大幅優化其化學結構以達到最佳的效果。

當然，有關自噬通路早期階段的靶向治療依然存在困惑。例如，與聯用自噬抑製劑抑制溶酶體降解相比，早期終止自噬體的形成其療效是否更好？在某些狀態下，自噬體的聚集可促進細胞的凋亡或壞死。如果這個觀點是正確的，那麼採用溶酶體抑製劑阻斷自噬體的降解可能會優於阻斷自噬體的形成，從而保護機體的腫瘤殺傷功能。目前，臨床上常將自噬抑製劑或誘導劑與各類抗腫瘤藥物聯合用於腫瘤治療，但對於怎樣使用這些藥物以獲得最大益處，以及如何選擇對此療法有效的患者始終沒有突破性進展。幸運的是，目前的臨床研究通常會允許研究人員在治療前、後收集腫瘤及血液樣品，從而有助於發現能更好反映自噬抑製劑葯代動力學參數的生物標誌物，最終可用來篩選對此療法敏感的患者。

（編譯 花晴、許平波；審校 繆長虹）

原始文獻：

Levy JMM, Towers CG, Thorburn A. Targeting autophagy in cancer. Nat Rev Cancer. 2017 Sep;17(9):528-542. doi: 10.1038/nrc.2017.53.

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